#!/usr/bin/env python3
# -*- coding: utf-8 -*-
"""
练习题25: 元类(Metaclass)和类装饰器实战

知识点:
- 元类的定义和使用
- type()动态创建类
- __new__和__init__的区别
- 类装饰器的实现
- 单例模式的多种实现
- 属性验证和自动化
- 类的注册和管理

难度: ★★★★☆
"""

import functools
import weakref
from typing import Any, Dict, Type, Callable


# =============================================================================
# 1. 基础元类练习
# =============================================================================

class SingletonMeta(type):
    """
    单例模式元类实现
    
    TODO: 实现单例模式元类
    - 确保每个类只有一个实例
    - 线程安全
    - 支持参数传递
    """
    _instances = {}
    _lock = None  # TODO: 添加线程锁
    
    def __call__(cls, *args, **kwargs):
        # TODO: 实现单例逻辑
        pass


class DatabaseConnection(metaclass=SingletonMeta):
    """
    数据库连接类 - 使用单例模式
    """
    def __init__(self, host: str = "localhost", port: int = 5432):
        self.host = host
        self.port = port
        self.connected = False
    
    def connect(self):
        # TODO: 实现连接逻辑
        pass
    
    def disconnect(self):
        # TODO: 实现断开连接逻辑
        pass


# =============================================================================
# 2. 属性验证元类
# =============================================================================

class ValidatedMeta(type):
    """
    属性验证元类
    
    TODO: 实现属性验证元类
    - 自动为类添加属性验证
    - 支持类型检查
    - 支持值范围检查
    """
    
    def __new__(mcs, name, bases, namespace, **kwargs):
        # TODO: 处理验证规则
        # 提示: 查找以_validate_开头的方法
        pass
    
    def __init__(cls, name, bases, namespace, **kwargs):
        super().__init__(name, bases, namespace)
        # TODO: 初始化验证器
        pass


class Person(metaclass=ValidatedMeta):
    """
    人员类 - 使用属性验证
    """
    
    def __init__(self, name: str, age: int, email: str):
        self.name = name
        self.age = age
        self.email = email
    
    def _validate_name(self, value):
        # TODO: 实现姓名验证
        # 要求: 非空字符串，长度2-50
        pass
    
    def _validate_age(self, value):
        # TODO: 实现年龄验证
        # 要求: 整数，范围0-150
        pass
    
    def _validate_email(self, value):
        # TODO: 实现邮箱验证
        # 要求: 包含@符号的有效邮箱格式
        pass


# =============================================================================
# 3. 类注册元类
# =============================================================================

class RegistryMeta(type):
    """
    类注册元类
    
    TODO: 实现类注册功能
    - 自动注册所有子类
    - 支持按名称查找类
    - 支持类的动态创建
    """
    registry = {}
    
    def __new__(mcs, name, bases, namespace, **kwargs):
        # TODO: 注册类到registry
        pass
    
    @classmethod
    def get_class(mcs, name: str):
        # TODO: 根据名称获取类
        pass
    
    @classmethod
    def list_classes(mcs):
        # TODO: 列出所有注册的类
        pass


class Shape(metaclass=RegistryMeta):
    """
    形状基类
    """
    def area(self):
        raise NotImplementedError
    
    def perimeter(self):
        raise NotImplementedError


class Circle(Shape):
    def __init__(self, radius):
        self.radius = radius
    
    def area(self):
        # TODO: 实现圆形面积计算
        pass
    
    def perimeter(self):
        # TODO: 实现圆形周长计算
        pass


class Rectangle(Shape):
    def __init__(self, width, height):
        self.width = width
        self.height = height
    
    def area(self):
        # TODO: 实现矩形面积计算
        pass
    
    def perimeter(self):
        # TODO: 实现矩形周长计算
        pass


# =============================================================================
# 4. 类装饰器练习
# =============================================================================

def add_repr(cls):
    """
    类装饰器: 自动添加__repr__方法
    
    TODO: 实现自动__repr__生成
    - 显示类名和所有属性
    - 格式: ClassName(attr1=value1, attr2=value2)
    """
    def __repr__(self):
        # TODO: 实现自动repr
        pass
    
    cls.__repr__ = __repr__
    return cls


def add_equality(cls):
    """
    类装饰器: 自动添加相等性比较
    
    TODO: 实现自动相等性比较
    - 比较所有实例属性
    - 同时实现__eq__和__hash__
    """
    def __eq__(self, other):
        # TODO: 实现相等性比较
        pass
    
    def __hash__(self):
        # TODO: 实现哈希方法
        pass
    
    cls.__eq__ = __eq__
    cls.__hash__ = __hash__
    return cls


def cached_property(func):
    """
    缓存属性装饰器
    
    TODO: 实现属性缓存
    - 第一次访问时计算并缓存结果
    - 后续访问直接返回缓存值
    - 支持缓存清除
    """
    cache_name = f'_cached_{func.__name__}'
    
    @property
    @functools.wraps(func)
    def wrapper(self):
        # TODO: 实现缓存逻辑
        pass
    
    def clear_cache(self):
        # TODO: 实现缓存清除
        pass
    
    wrapper.clear_cache = clear_cache
    return wrapper


def auto_slots(cls):
    """
    类装饰器: 自动添加__slots__
    
    TODO: 实现自动slots生成
    - 根据__init__方法参数自动生成__slots__
    - 提高内存效率
    """
    # TODO: 分析__init__方法，提取属性名
    # TODO: 动态设置__slots__
    pass


# =============================================================================
# 5. 高级元类应用
# =============================================================================

class ORMMeta(type):
    """
    简单ORM元类
    
    TODO: 实现简单的ORM功能
    - 自动生成数据库表结构
    - 提供基本的CRUD操作
    - 字段类型验证
    """
    
    def __new__(mcs, name, bases, namespace, **kwargs):
        # TODO: 处理字段定义
        # TODO: 生成表结构
        pass
    
    def __init__(cls, name, bases, namespace, **kwargs):
        super().__init__(name, bases, namespace)
        # TODO: 初始化ORM功能
        pass


class Field:
    """
    ORM字段基类
    """
    def __init__(self, field_type, required=True, default=None):
        self.field_type = field_type
        self.required = required
        self.default = default
    
    def validate(self, value):
        # TODO: 实现字段验证
        pass


class StringField(Field):
    def __init__(self, max_length=255, **kwargs):
        super().__init__(str, **kwargs)
        self.max_length = max_length
    
    def validate(self, value):
        # TODO: 实现字符串字段验证
        pass


class IntegerField(Field):
    def __init__(self, min_value=None, max_value=None, **kwargs):
        super().__init__(int, **kwargs)
        self.min_value = min_value
        self.max_value = max_value
    
    def validate(self, value):
        # TODO: 实现整数字段验证
        pass


class Model(metaclass=ORMMeta):
    """
    ORM模型基类
    """
    
    def __init__(self, **kwargs):
        # TODO: 初始化模型实例
        pass
    
    def save(self):
        # TODO: 保存到数据库
        pass
    
    @classmethod
    def find(cls, **kwargs):
        # TODO: 查找记录
        pass
    
    def delete(self):
        # TODO: 删除记录
        pass


class User(Model):
    """
    用户模型示例
    """
    name = StringField(max_length=100)
    age = IntegerField(min_value=0, max_value=150)
    email = StringField(max_length=255)


# =============================================================================
# 6. 使用示例类
# =============================================================================

@add_repr
@add_equality
@auto_slots
class Point:
    """
    点类 - 使用多个类装饰器
    """
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y
    
    @cached_property
    def distance_from_origin(self):
        """
        计算到原点的距离（使用缓存属性）
        """
        # TODO: 实现距离计算
        pass


class ExpensiveCalculation:
    """
    昂贵计算类 - 演示缓存属性
    """
    def __init__(self, data):
        self.data = data
    
    @cached_property
    def complex_result(self):
        """
        复杂计算（模拟耗时操作）
        """
        print("执行复杂计算...")
        # TODO: 实现复杂计算逻辑
        pass


# =============================================================================
# 7. 演示函数
# =============================================================================

def demonstrate_metaclass_decorators():
    """
    演示元类和类装饰器的使用
    """
    print("=" * 60)
    print("元类和类装饰器演示")
    print("=" * 60)
    
    # 1. 单例模式演示
    print("\n1. 单例模式演示:")
    # TODO: 创建多个DatabaseConnection实例，验证单例
    
    # 2. 属性验证演示
    print("\n2. 属性验证演示:")
    # TODO: 创建Person实例，测试验证功能
    
    # 3. 类注册演示
    print("\n3. 类注册演示:")
    # TODO: 演示类注册和查找功能
    
    # 4. 类装饰器演示
    print("\n4. 类装饰器演示:")
    # TODO: 创建Point实例，测试装饰器功能
    
    # 5. 缓存属性演示
    print("\n5. 缓存属性演示:")
    # TODO: 演示缓存属性的使用
    
    # 6. ORM演示
    print("\n6. 简单ORM演示:")
    # TODO: 创建User实例，演示ORM功能
    
    print("\n演示完成！")


def test_metaclass_features():
    """
    测试元类功能
    """
    print("\n=== 元类功能测试 ===")
    
    # TODO: 实现各种测试用例
    # 1. 测试单例模式
    # 2. 测试属性验证
    # 3. 测试类注册
    # 4. 测试ORM功能
    
    pass


def test_decorator_features():
    """
    测试类装饰器功能
    """
    print("\n=== 类装饰器功能测试 ===")
    
    # TODO: 实现各种测试用例
    # 1. 测试自动repr
    # 2. 测试相等性比较
    # 3. 测试缓存属性
    # 4. 测试自动slots
    
    pass


if __name__ == "__main__":
    # 运行演示
    demonstrate_metaclass_decorators()
    
    # 运行测试
    test_metaclass_features()
    test_decorator_features()
    
    print("\n" + "=" * 60)
    print("练习提示:")
    print("1. 理解元类的工作原理和使用场景")
    print("2. 掌握类装饰器的实现技巧")
    print("3. 学会使用元类实现设计模式")
    print("4. 了解属性验证和缓存的实现")
    print("5. 探索ORM框架的基本原理")
    print("=" * 60)
